大众广义相对论 (补充修改版）

 

大众广义相对论       (补充修改版）

 

很多人以为，要弄懂广义相对论，必须懂得很多高深数学和物理，例如微分几何，

张量分析等赫人的科目。其实，只要用心思考，一般人也可以领会其基本意义.下面，我试图用例子来简述广义相对论的基本意义。

  大家都知道，人坐在宇宙飞船，在远离地球的宇宙空间航行，会产生失重现象。

现在设想有一架十分大型的宇宙飞船，里面有一间四十平方米的房间，其中有三米

高的天花板，地板，桌子，椅子，大床，总之，一切设置如地球上的房间。宇航员）

就住在这样的房间里。当时这个宇宙飞船正沿着从地板指向天花板的方向，以9.8米

/秒*秒的恒定加速度前进。尽管当时宇宙飞船远离地球，远离任何引力场，宇航员

的感觉和生活与地球家里的感觉和生活完全一模一样，没有一点失重的感觉存在。

为什么？因为人们生活在地球上，根据牛顿万有引力定律，总是受到(质量X9.8米/秒

*秒)重力的吸引，而这艘宇宙飞船虽然远离引力场，但有9.8米/秒*秒的加速度作用于

地板(沿着从地板指向天花板的方向)，这就相当于人站在地球上。这就是爱恩斯坦

广义相对论的“等效原理”(equivalence principle)!

   假设有一位工艺十分精湛的技师，来到一个质量等于地球十倍，半径和地球差不

多的行星上。这位技师用该行星大量出产的大块金刚石，运用最精密的光学仪器，和

最先进的切削和打磨工具，造成一块他认为最平滑的 金刚石抬面，然后把这台面运

回地球。地球人会发现这块在外行星看来是绝对平滑的台面，来到地球后，成了弯

曲的！为什么？因为这个行星表面引力场比地球表面的引力场强大得多。而人们看

东西是沿着光线去看的。光线受引力场作用变成弯曲.虽然光线是曲的，但人感觉是直的。当回到地球后，金刚石

台面的外形和物理性质并无改变，而光线在地球表面没有在外行星那么弯曲，所以在地球上,

这台面看起来是弯曲的。 这就是爱恩斯坦广义相对论的“引力场使时空弯曲”的原

理，及光线在强引力场下弯曲的原理。
   设想某种外力或内力把太阳这个庞然大物，

压缩成直径只有几公里的球体。这个

球体表面的引力场极其强大，强大到它内部及表面附近的任何光线和射线都不能够

逃离。为甚么？由于万有引力的存在，任何物体要脱离星球必须达到一定的逃逸速

度。例如地球上的任何物体要离开地球进入宇宙空间，就必须达到11.2公里/秒的速度。因

为黑洞的引力场极之强大，经计算，其逃逸速度超过光速(三十万公里/秒)，因此，

任何光线和射线都不能够逃离。这就是爱恩斯坦广义相对论预言的“黑洞”，现在

已经被天文学的发现完全证实！